Организация данных в виде семантической сети, а также их графическое представление позволяет упростить аналитическую обработку данных, поступающих к диспетчеру авиалесоохраны. В частности, применение информационно-аналитической системы для поддержки процессов принятия решений помогает при минимальном финансировании улучшить ситуацию с прогнозированием очагов возгорания.

Охрана лесов от пожаров — важнейшая государственная задача. Например, в [1] говорится: «О том, что в лесах и на брошенных торфяниках Подмосковья сложилась высокая степень пожарной опасности, было известно всем. Однако не было налажено ни патрулирования, ни борьбы с возгораниями на самой ранней стадии, когда она наиболее эффективна. Отвечающие за это структуры на местах пытались действовать в рамках своих весьма ограниченных сил, однако не получив поддержки и усиления, быстро потеряли контроль над ситуацией».

Из-за недостаточного финансирования перед диспетчерами сотен подразделений авиалесоохраны стоит задача оптимального распределения и использования имеющихся технических средств при минимальных финансовых затратах. К сожалению, множество факторов не позволяют быстро и правильно принимать решение — необходимо собрать все имеющиеся данные, обработать и представить их в удобном виде. Обработка подразумевает выделение и суммирование всех фактов в пользу конкретного варианта решения с учетом коэффициентов значимости каждого факта, и получение всех вариантов решения с указанием их предпочтения. При этом, важно исключать варианты, противоречащие здравому смыслу и нормативно-регламентирующим документам. Очевидно, что большинство информационных задач авиалесоохраны можно выполнять с помощью аналитической системы, ориентированной на поддержку принятия решений. Рассмотрим автоматизацию деятельности диспетчера с помощью информационно-аналитической системы НЕВОД.

Особенности предметной области и ее модель

Совокупность лесопожарных служб и неспециализированных подразделений, осуществляющих комплекс мероприятий по противопожарной профилактике в лесах, обнаружению и тушению пожаров, составляют систему охраны лесов от пожаров. Особое место здесь принадлежит специализированной службе «Авиалесоохрана». Общее руководство и координация всех авиалесоохранных работ осуществляется Центральной базой. Всего в системе «Авиалесоохрана» действует несколько сотен подразделений (авиаотделений, авиагрупп и оперативных точек). Каждое авиаотделение обслуживает определенную территорию лесного фонда, укомплектовывается личным составом парашютистов и десантников-пожарных, другими категориями работников, полевым снаряжением, средствами пожаротушения, связи, транспортом и т.д. За авиаотделением закрепляются воздушные суда. Парашютисты и десантники-пожарные объединяются в группы по 5-6 человек, возглавляемые инструктором. Несколько групп объединяются в команды до 30 человек во главе с инструктором команды.

Управление работой лесопожарных служб осуществляется пунктами диспетчерского управления (ПДУ) авиазвеньев, региональных и центральной авиабаз и органов управления лесным хозяйством. Ежедневно в начале рабочего дня ПДУ передает каждому отделению класс пожарной опасности по условиям погоды на обслуживаемой территории и режим работы (время вылетов и кратность авиапотрулирования), а также дает указания по выполнению других работ.

Рис. 1. Фрагмент предметной области, описанной в системе НЕВОД

Представленную предметную область необходимо отразить в системе НЕВОД, где данные описываются в виде набора типов объектов (рис. 1).Для каждого типа указывается совокупность информационных атрибутов. Данные хранятся в виде объектов заданных типов, имеющих конкретные значения атрибутов. Поддерживается широкий набор типов атрибутов, среди которых есть простые типы (символьная строка, справочник, различные виды чисел, дата, мультимедиа) и типы-ссылки, позволяющие задавать бинарные отношения между объектами. Для использования в авиалесоохране предлагается задать следующие типы объектов.

  1. Ресурсы: структурные подразделения авиалесоохраны (авиабазы, авиазвенья, авиаотделения, авиаточки и т.д.); прочие предприятия (авиапредприятия, лесхозы, лесничества, МЧС и т.д.); технические средства (средства тушения, воздушные суда, парашютная техника); личный состав (начальники авиабаз, командиры авиазвеньев, пилоты, летнабы, инструктора, парашютисты-пожарные и т.д.).
  2. Задачи, процессы и события (лесопатруль, тренировка, переброска и т.д.).
  3. Данные (показатели, факты готовности и т.д.).
  4. Документация: законы; приказы (документы, фиксирующие значение каких-либо данных, влияющих на принятие решений, принимающие или отменяющие нормативы); нормативы (например, гарантийный срок эксплуатации технических средств.); допуски к выполнению тех или иных работ (приказы, указывающие, кому и на какой период разрешается выполнять какие-либо работы); справочники (наборы данных, значения которых постоянны); договоры (документы, указывающие, например, какие технические средства сторонних организаций можно использовать и на каких условиях; формы отчетности (совокупность данных, которые необходимо предоставить по месту требования).

Между объектами существуют ориентированные бинарные связи, состоящие из пары соединяемых объектов и текстового атрибута — «окраски» бинарной связи. Для каждого атрибута указывается, может ли он принимать множественные значения (хранить несколько значений сразу) и является ли он аннотирующим. Текстовые представления значений аннотирующих атрибутов используются для формирования краткого текстового описания (аннотации) всего информационного объекта. Особенность предметной области отображается в том, что часть атрибутов вынесена в отдельные объекты. Например, ДОЛЖНОСТЬ является не просто словарным атрибутом объекта РАБОТНИК, а ссылкой на отдельный объект ДОЛЖНОСТЬ — это позволяет создавать связи с такими объектами и строить обобщенные диаграммы. Использование мультимедийных атрибутов позволяет хранить в базе дополнительную информацию различных типов (снимки из космоса, электронные карты формата геоинформационных систем, интерактивные диаграммы и электронные таблицы, отсканированные копии реальных документов и т.д.).

Для удобства ввода и обработки информации простые объекты группируются в интегрирующие объекты в виде документов, данные в которые заносятся по тематическому принципу (например, один документ соответствует одной задаче или одному структурному подразделению).

При формировании графического представления семантической сети [2] информационные объекты изображаются в виде прямоугольников (узлов диаграммы), а их связи — в виде ломаных линий (дуг диаграммы), соединяющих соответствующие прямоугольники. В каждом прямоугольнике содержится аннотация объекта, соответствующего данному прямоугольнику. Аналогично около каждой ломаной линии содержится описание соответствующей бинарной связи: либо название атрибута, значение которого образует связь, либо название бинарной связи. Прямоугольники и соединяющие их линии называют элементами диаграммы. Набор визуализируемых объектов, связей, а также их текущее взаиморасположение образуют диаграмму (рис. 2).

Все диаграммы условно можно разделить на три вида: с горизонтальными связями; с вертикальными связями; с тематическими связями. Диаграммы горизонтальных взаимосвязей могут быть в нескольких вариантах. С точки зрения конкретизации можно выделить следующие уровни диаграмм.

  1. Теоретический уровень. На диаграмме обобщенно отображаются задачи, цели функционирования каких либо объектов и т.д. Например, "задача - проведение лесопатрульного полета, цель - определение готовности выполнения лесопатрульного полета".
  2. Стратегический уровень. Показываются принципиальные взаимосвязи между решениями, типами ресурсов, видами данных и т.д. Например, диаграмма с объектами: ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА (ТС), ФАКТ ГОТОВНОСТИ ТС, КРИТЕРИЙ ГОТОВНОСТИ ТС и т.д., наглядно демонстрирует, что все технические средства характеризуются фактом (состоянием) готовности, имеют свои критерии готовности и т.д. Диаграммы как теоретического, так и стратегического уровня полезны преимущественно при подготовке и переподготовке специалистов.
  3. Тактический уровень. Отображаются связи между объектами на уровне конкретных нормативов и требований. Например, диаграмма с объектами: ПАРАШЮТИСТ-ПОЖАРНЫЙ, ДОПУСК К ПРЫЖКАМ С ПАРАШЮТОМ 'ЛЕСНИК-2', ГОТОВНОСТЬ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРЫЖКА С ПАРАШЮТОМ 'ЛЕСНИК-2' наглядно показывает, что одно из требований готовности парашютиста-пожарного к выполнению прыжка с парашютом "Лесник-2" является наличие у него допуска с названием "Допуск к прыжкам с парашютом 'Лесник-2'". Данный уровень диаграмм позволяет в обобщенном виде сконцентрировать на экране диспетчера информацию о большом количестве документов, что упрощает подготовку новых методик и распоряжений, исключая логические ошибки при планировании реорганизаций, разработке и внедрении новых технологий. Например, при планировании отмены того или иного документа наглядно видно какие службы затрагивает данный документ, какие еще документы придется скорректировать, кого необходимо оповещать и т.д.
  4. Оперативный уровень. Показывает связи между конкретными объектами и текущими данными. Например, "парашютист-пожарный Петров, допущен к прыжкам с парашютом 'лесник-2' с 05.02.2002 по 05.02.2004, на 15.06.2003 Петров готов к выполнению прыжка с парашютом 'лесник-2'". Отражая реальную обстановку этот уровень позволяет анализировать текущую ситуацию, наблюдать возможные причины проблем, пути выхода из кризиса, упрощает процесс формирования правильных управленческих решений.
  5. Настроечный уровень для системы поддержки принятия решений (СППР). Показывает связи между настройками (влияющими факторами): значениями коэффициентов предпочтения (весовых коэффициентов или коэффициентов значимости) и процедурами принятия решений. Может быть использован для визуального обоснования принятых решений. Например, "остаток ГСМ 3000 тонн, коэффициент значимости 0,3, принято решение о вылете 15.06.2003".

На рис. 2 для пояснения одновременно показаны объекты разных уровней. Некоторые объекты могут входить сразу в несколько уровней. Чем выше конкретизация информации, тем больше объектов участвует в логической цепочке. Для наглядности отображаются не все связи и не все объекты нужного уровня, а только отобранные в соответствии с настройками текущего фильтра [3]. Для связи объектов разного уровня конкретизации и разных уровней подчиненности существуют вертикальные связи: «Входит в состав»; «На основании»; «Вертикальная подчиненность»; «Последовательность действий». Значение атрибутов отдельных объектов может по вертикальным связям передаваться с низших уровней к верхним. Например, если на диаграмме с отображением только верхнего уровня объект ГОТОВНОСТЬ выделен красным, значит на оперативном уровне какой-то из объектов «не готов», как в примере из рис. 2, или нужная цепочка связи не сформирована (исполнители не назначены).

Варианты отображения тематических диаграмм можно классифицировать по фильтрам, оставляющим на диаграмме следующие виды бинарных связей между объектами: ПРИНИМАЕТ РЕШЕНИЕ, ВЫПОЛНЯЕТ, КОНТРОЛИРУЕТ и т.д. Кроме простых фильтров, настроены комплексные фильтры, которые оставляют несколько видов определенных связей между строго заданными объектами. Такой подход позволяет формировать обобщенные тематические диаграммы. Опишем некоторые из них:

  1. Фильтр «Обобщенная схема готовности» (тактический уровень). Объекты: ВИД ЗАДАЧИ, ТИПЫ ДАННЫХ, ДОЛЖНОСТИ, ВИДЫ ДОПУСКОВ, ТИПЫ ТС и т.д. Связи: «необходимо», «влияет», «контролирует», «последовательность действий» и т.д. Используя данный фильтр можно, например, сформировать наглядную схему, поясняющую вновь прибывшему работнику структурного подразделения перечень и последовательность действий по подготовке к пожароопасному сезону с учетом имеющихся технических средств и местных особенностей.
  2. Фильтр «Схема готовности» (оперативный уровень). Объекты: ЗАДАЧА, ДАННЫЕ, РАБОТНИК, ДОПУСКИ, ТС и т.д. Связи: «необходимо», «влияет», «контролирует», «последовательность действий» и т.д. Характерный пример данной диаграммы изображен на рис. 2.
  3. Фильтр «Анализ задачи». Связи: «нет», «да», «+», «-», «необходимо», «влияет», «контролирует», «на основании» и т.д. Например, диаграмма отображения объектов: ДОПУСК НА ВЫСАДКУ ПАРАШЮТИСТОВ, ПРИКАЗ ПО АВИАБАЗЕ, НАЧАЛЬНИК АВИАБАЗЫ и т.д., с соответствующими связями показывает всю связанную с получением допуска информацию, в частности: на основании чего, на какой срок, чей приказ и т.д.

Удобный механизм создания фильтров позволяет формировать или редактировать их непосредственно диспетчером даже для решения разовых задач, в частности для отображения данных, связанных с конкретным объектом. Например, после вывода на экран объекта ПАРАШЮТ ПТЛ-72 и двойного щелчка мыши, благодаря соответственно настроенному фильтру, на экран будут выводится только объекты, связанные с данным парашютом: ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРАШЮТОВ ПТЛ-72, ПРИКАЗ НА ПРОДЛЕНИЕ СРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРАШЮТОВ ПТЛ-72, и т.д.

Поддержка принятия решений

После создания, настройки описания предметной области и заполнения соответствующих данных можно упростить процесс принятия решения с помощью подсистемы динамического анализа следующих задач.

Анализ или постановка задач, назначение исполнителей и ответственных. Объект типа «Задача», кроме атрибутов, хранящих описание решения, содержит связи с соответствующими объектами других типов. После того, как с помощью стандартных процедур выполнения запроса [3] в базе данных будет найден объект с нужной задачей, требуется выполнить команду «Добавить объект в диаграмму». По щелчку мыши в диаграмму добавляются все объекты, связанные с данной задачей. Вся информация, связанная с задачей, сгруппирована в четыре основных категории.

  1. Возможность. Сюда относятся, в основном, "внешние", не зависящие от самого подразделения данные (например, форс-мажорные факторы, технические ограничения и т.д.), которые определяют гипотетическую возможность выполнения поставленной задачи.
  2. Готовность. Показатели, характеризующие степень готовности технических средств и личного состава, наличие расходных ресурсов, соответствующих приказов, допусков и т.д.
  3. Целесообразность. Перечень положительных и отрицательных факторов, рекомендации, нормативы и предписания, расчетные показатели, отражающие условную степень "целесообразности" выполнения данной задачи.
  4. Мероприятия. Перечень мероприятий в виде простых сгруппированных списков или в виде последовательности действий. Возможно использование альтернатив и связей типа "Да", "Нет".

Подобное представление позволяет организовать визуальный пошаговый поиск нужной информации, не только отображающейся на диаграмме, но и более подробной информации, хранящейся в атрибутах. Это относится и к данным мультимедиа. Например, найдя на диаграмме объект КАРТА КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ можно открыть в отдельном окне цифровую карту области. Уровень конкретизации и соответственно перечень выводимых объектов определяется текущим фильтром.

Таким образом, совокупность объектов и связей играет роль шаблона действий, необходимых для выполнения мероприятия. Шаблон может быть и не обязательно полным, а определяться только до тактического уровня. «Спустившись» по вертикали до оперативного уровня, можно отобразить весь список доступных ресурсов и установить связь задания с конкретными объектами (назначить конкретных исполнителей). После этого можно, запустив подпрограмму, сформировать и распечатать приказ о выполнении данного задания, с перечнем исполнителей, ответственных лиц и другой соответствующей информацией, перечень которой хранится в атрибутах обрабатываемой записи задания.

Анализ возникших проблем, выбор путей решения. На одном экране невозможно отобразить информацию о состоянии большого количества объектов, поэтому предлагаемая технология позволяет реализовать иерархический доступ к сигнальной информации. Например, если после динамического анализа по определенной процедуре изображенный на диаграмме объект ГОТОВНОСТЬ изменил очертание (в данном примере - жирная рамка), значит какой-то из объектов (или группа объектов) нижнего уровня еще «не готов». После настройки фильтра для отображения только связей, показывающих вертикальную подчиненность, необходимо «распахнуть связь» — на диаграмме отобразятся все подчиненные объекты, от готовности которых зависит готовность данного. Далее нужно распахнуть связь только «проблемного» объекта. Процедура повторяется вплоть до нахождения данных, вызвавших причину отсутствия готовности (рис.3).

После этого можно удалить все остальные объекты и сменить настройки фильтра связей. При открытии связей «проблемного» объекта на экране будут изображены все объекты других типов, связанные с данным (например, список ресурсов, факторы, влияющие на решение о готовности, нормативные документы, регламентирующие данное решение, ответственное лицо, исполнитель и т.д.). Двигаясь далее по связям в нужном направлении, можно получить информацию, позволяющую принять решение для устранения проблемы. Например, попав в список доступных ресурсов, заменить «не готовый» на другой, удалив связь «назначен» в одном месте и создав ее в другом.

Контроль за изменениями нормативных документов и оповещение заинтересованных лиц. Большинство мероприятий, действий, процессов в авиалесоохране регламентируется соответствующими инструкциями, приказами и распоряжениями, которые принимаются на основании «вышестоящих» документов. Для каждой инструкции есть приказы об изменениях и дополнениях, телеграммы об отмене некоторых дополнений и т.д. Изменения в одних документах могут повлиять на правомочность и достоверность других. Для упрощения контроля нормативной информации, кроме отображения связей, показывающих структуру подчиненности документов необходимо указать связи с дополнительными объектами, показывающими, кем утвержден данный документ, с кем согласован, кто несет ответственность, кто имеет право отменить и т.д. Отобразив на диаграмме изменившийся документ и открыв связи, можно наглядно наблюдать, какие документы подлежат отмене или переработке (приведению в соответствие), кто должен заниматься (ответственный), на какие мероприятия повлияет внесенные изменения, кого оповещать об изменениях и т.д.

Корректировка, отладка и контроль процедур выработки рекомендаций. В большинстве процедур принятия решений, реализованных в СППР, адекватность зависит не только от количества влияющих критериев, но и от распределения значений. Визуально наблюдая на диаграмме текущее распределение значений критериев, лицо, принимающее решение, может на основании личного опыта и собственных предпочтений исключить из расчета те или иные факторы.

Для контроля и настройки системы необходимо добавить связи и данные, показывающие, на основании чего выбраны те или иные критерии, кем и когда внесены изменения и т.д.. Например, на диаграмме (рис. 4) можно увидеть, на объективность каких решений может повлиять отсутствие или низкая достоверность тех или иных данных. И наоборот — достоверность каких данных наиболее важна для правильности конкретного решения.

Существует несколько способов подобной визуальной оценки.

  1. По числовому значению аннотирующих атрибутов. Например, на схеме на рис 4 видно, что коэффициент значимости фактора «Количество уже известных пожаров» наиболее близок к нулю, значит, его достоверность наименее важна для принятия решения о целесообразности вылета на поиск новых пожаров.
  2. По количеству влияющих на значение данного параметра факторов (визуально по количеству подходящих к изображенному объекту связей). Естественно чем больше таких факторов, тем более важна достоверность этого параметра, так как больше причин для отклонения его значения.
  3. По символьному значению аннотирующего атрибута. Прочитав пояснения к отображенным на диаграмме объектам, диспетчер может сделать примерную оценку правильности принятия решения на основании личного опыта.

Заключение

Сегодня применяются различные программы для расчета значимых показателей, однако в них реализованы фиксированные алгоритмы. Так как заранее невозможно предусмотреть все необходимые варианты, авиалесопожароохране требуется программное обеспечение, предоставляющее гибкие возможности по анализу и поддержке принятия решения. Если в хранилище собраны все исходные данные, расчетные формулы и взаимосвязи между показателями, то появляется возможность быстро найти всю нужную для расчета любого показателя информацию с обоснованием методики и ссылками на нормативную и методическую литературу.

Использование системы НЕВОД расширяет круг решаемых задач и повышает эффективность применения систем поддержки принятия решений в авиационной охране лесов. Несмотря на специфику, связанную со сложностью численной оценки эффективности внедрения данной технологии в практику авиалесоохранных работ, можно привести простой пример. Правильно принятое решение о нецелесообразности патрулирования конкретного участка одним самолетом АН-2 экономит в день 50-60 тыс. рублей. Немаловажно также, что возможность визуализации факторов, влияющих на принятие решений, позволяет, в случае необходимости, наглядно обосновывать решения перед контролирующими организациями.

Литература
  1. Уроки подмосковных лесных и торфяных пожаров 2002 г. Долговременный прогноз на 2003 и последующие годы. http://info.forest.ru/memo/memo0201.html
  2. Искусственный интеллект: В 3-х кн. Кн. 2.Модели и методы: Справочник / Под ред. В.Н. Захарова, В.Ф. Хорошевского. - М.: Радио и связь, 1990.
  3. К. Селезнев, В. Борисов. Визуализация семантической сети. // Открытые системы, 2001, № 11.

Роман Котельников (KotelnikovRV@mail.ru ) - старший инспектор ЛПС ФГУ «Авиалесоохрана» (г. Пушкино, Московская область)

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями